Проектирование РЭС

E_3i и S_3i – степень черноты и площадь i-й поверхности нагретой зоны.

Е_пв= 0,933

Е_пб=1,98
Е_пн= 0,933

Отсюда: _злв = 5,9

_злб = 13,9

_злн = 5,9

4. Для определяющей температуры t_m=(t_к+t_o+t_з) / 2 = (26,8+25+4) / 2 = 27,9 ^oC

Находим числа Грасгофа и Прандтля:

Gr_mн = Gr_mв = 6,4 , Gr_mб = 2,1

Рч = 0,701

5. Рассчитываем коэффициенты конвективного теплообмена между нагретой зоной и корпусом для каждой поверхности:

для нижней поверхности:

_зкн = _m / h_н, (2,12)

для верхней поверхности:

_зкв = _m / h_в,

для боковой поверхности:

_зкб = _m / h_б,

При расчетах получилось:

_зкн = _зкв = 5,36

_зкб = 4,87

6. Определяем тепловую проводимость между нагретой зоной и корпусом:

G_зк = К_σ (_злi + _зкi) S_зi, (2,13)

где К_σ– коэффициент, учитывающий кондуктивный теплообмен, Кσ= 0,09

При расчете получилось:

σ_зк = 0,54

6. Рассчитываем перегрев нагретой зоны t_зо во втором приближении:

t_зо = t_ко + , (2,14)

где К_w – коэффициент, учитывающий внутреннее перемещение воздуха, К_w = 1

К_н2 – коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока, К_н2 = 1

Расчет: t_зо = 27+ = 3,953^оС

6. Определяем ошибку расчета:

= ,

= = 0,004

Так как < 0,1, то расчет может быть закончен.

6. Рассчитываем температуру нагретой зоны:

t₃ = t_o + t_зо (2,15)

Получаем: t₃ = 25 + 3,953 = 28,953^оС

Так как самый нетермостойкий элемент выдерживает температуру до + 70 градусов цельсия, то полученный тепловой режим работы устраивает нас.

3.1.2.3. Расчёт системы на механические воздействия

Для выполнения расчета механических воздействий необходимы следующие исходные данные:

• геометрические размеры платы, lbh, м:

0,110,060,001;

• диапазон частот вибрации, f_виб = 10…..30 Гц;

• длительность удара, τ = 10 мс;

• амплитуда ускорения при ударе, Н_у = 40 g;

• предельное ускорение, выдерживаемое элементами блока без разрушения:

при вибрации 5 g

при ударах 45 g

при линейных ускорениях 25 g

1) Расчет на действие вибрации.

Расчет собственных колебаний конструкции является трудоемкой задачей. Поэтому заменим конструкцию эквивалентной расчетной схемой. Определяем частоту собственных колебаний отдельных конструкционных элементов.

Частота собственных колебаний равномерно нагруженной пластины вычисляется по формуле:

f_o = , (3,1)

где a и b – длина и ширина пластины, м;

D – цилиндрическая жесткость пластины, Нм;

D = έ h³/12 (1-) , (3,2)

где К_a – коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон платы, определяется по формуле:

К_a = (3,3)

έ – модуль упругости, Н/м²;

h – толщина пластины, м;

m – масса пластины, с элементами, кг.

D = = 9,9 Нм;

К_a = 24,24

f_o = = 285 Гц

Для печатного узла должно выполняться условие f_o > f_в. Так как f_o >> f_в, то обеспечивается защищенность конструкции частотомера от вибрационных воздействий, за счет отстройки собственной частоты печатного узла от максимальной частоты внешних вибрационных воздействий.

2) Расчет на действие удара

Движение системы, вызываемое ударной силой, в течение времени действия этой силы определяется законом вынужденных колебаний. После прекращения действия ударной силы, движение системы подчиняется закону свободных колебаний. Начальными условиями при этом являются смещение и скорость движения в момент прекращения действия удара.

a) Определяем условную частоту ударного импульса:

,

где - длительность ударного импульса, с.

b) Определяем коэффициент передачи при ударе:

К_у = 2 sin ,

где - коэффициент расстройки, =

= 314,16 /2π 285 = 0,174

К_у = 2 sin = 0,281 ;

c) Рассчитываем ударное ускорение:

= H_уК_g ,

где Н_у – амплитуда ускорения ударного импульса

= 40 0,281 = 11,24 g

d) Определяем максимальное относительное перемещение:

Z_max = sin , (2.42.)

Z_max = sin = 0,0135 м

e) Проверяется выполнение условий ударопрочности по следующим критериям:

ударное ускорение должно быть меньше допустимого, т.е. , где определяется из анализа элементной базы, = 45 g.

Z_max < 0,03 b²,

где b- размер максимальной стороны ПП.

Z_max < 0,00243,

Так как условия ударопрочности выполняются для ЭРЭ и печатной платы, считаем что частотомер защищен от воздействий удара.

3.1.2.4 Расчет линейных перегрузок.

В ходе расчета определяются возникшие в ПП напряжения и необходимый запас прочности ПП при воздействии линейных ускорений или одновременном воздействии вибрации и линейных перегрузок.

Расчет прогиба ПП при линейных ускорениях в наихудшем случае:

Z_б = A_z ,

где A_z – коэффициент, зависящий от способа закрепления концов полоски ПП, A_z=0,031;

a,b – соответственно длина и ширина ПП, м;

Е – модуль упругости ПП, Н/м²;

h_nn – толщина ПП, м;

V – величина линейного ускорения, м/с²;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

m_э – масса элементов на ПП, кг;

m_n – масса ПП, кг;

l – либо длина a, либо ширина в ПП, м

Из полученных двух значений выбирается Z_б = max {Z_б1, Z_б2}

Должно выполняться условие Z_б ,

где - допустимый размер прогиба ПП на длине 1 м, = 0,03 м.

В результате расчета получены следующие значения:

;

Выбираем

Условие выполняется Z_б